TEMA 5: INTROD. AL ESTADO SÓLIDO

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1 ESTADO SÓLIDO Figuras p1143 y p1146, Tipler 5ª Ed

2 SEMICONDUCTORES Figuras p1141 y p1160, Tipler 5ª Ed

3 DISPOSITIVOS

4 Enlace químico: fuerza que mantiene unidos los átomos de un material. capa exterior = interacción mutua entre los electrones de valencia La naturaleza del enlace depende de: La configuración electrónica de los propios átomos (número de electrones de la capa exterior, simetría de los estados ocupados) El entorno del átomo en la red cristalina (tipo, número y disposición de los vecinos)

5 Átomos aislados: distribución de los electrones Llenando capas interiores Llenando parcialmente la capa exterior Dentro de la capa, los electrones ocupan orbitales (zonas donde hay un 95 % de probabilidad de encontrar un electrón). Ejemplos: orbitales de tipo s (simetría esférica) y tipo p (simetría cilíndrica)

6 Cómo? Átomos que forman moléculas: los electrones de la capa exterior de un átomo se enlazan con los de otros átomos Tendencia: conseguir la estructura estable de los gases nobles que son inertes Nº electrones en el orbital Los gases nobles tienen completa su capa exterior: 8 electrones repartidos en los orbitales: s 2, p x2, p y2, p z2 ; o de forma abreviada s 2 p 6. Los electrones de la capa exterior se ceden, se captan, se comparten

7 Enlace IÓNICO O HETEROPOLAR : Se da entre átomos con electronegatividad muy diferente. Definición de electronegatividad Electropositivo: átomo que tiende a ceder e - con facilidad Electronegativo: átomo que tiende a captar e - con facilidad El enlace se forma al captar el átomo electronegativo el/los electrones del átomo electropositivo. El/los electrones cedidos se localizan en el átomo electronegativo ion positivo y ion negativo Ejemplos de materiales con enlace iónico: óxidos (Fe 2 O 3, MgO, etc.), sales (ClNa, ClCs, CO 3 Ca...), agua, H 2 O

8 Enlace IÓNICO O HETEROPOLAR (cont): Ejemplo de formación de moléculas: Fluoruro de aluminio Al + 3 F F 3 Al El átomo de aluminio (1 s 2, 2 s 2 p 6, 3 s 2 p 1 ) cede los 3 e - Cada átomo de flúor (1 s 2, 2 s 2 p 5 ) capta 1 e - Ejemplo de formación de moléculas: Sal común Cl Na 2 ClNa El átomo de sodio (1 s 2, 2 s 2 p 6, 3 s 1 ) cede 1 e - El átomo de cloro (1 s 2, 2 s 2 p 6, 3 s 2 p 5 ) capta 1 e -

9 Enlace IÓNICO O HETEROPOLAR (características): En este tipo de enlace la cesión de electrones es casi completa, es decir, cada átomo constituye un ión Las fuerzas de enlace son de tipo electrostático Estructura del sólido: tipo reticular, con los iones positivos y los iones negativos en los nudos del retículo Constituyen cristales duros No son buenos conductores térmicos, ni eléctricos

10 Enlace COVALENTE U HOMOPOLAR: Se da entre átomos con electronegatividades elevadas pero no muy diferentes (por ej. átomos con 4 e - en la última capa) El enlace se forma al compartir varios átomos los electrones de la última capa para así obtener 8 e - (s 2 p 6 ) Los electrones compartidos se localizan entre los átomos que los comparten Enlace típico de: química orgánica (CH4, CH3-CH2OH, etc.) semiconductores (Ge, Si, AsGa, SCd...) moléculas homopolares (Cl2, O2, etc.)

11 Enlace COVALENTE U HOMOPOLAR (cont): SEMICONDUCTORES (Si o Ge) Configuración electrónica última capa s 2 p 2 : se comparten 4 e - con otros 4 átomos Cómo?: los 2 orbitales s y los 2 orbitales p se hibridan para formar 4 orbitales iguales que llamamos sp Si Si Si Si Si Si Si Si Representación plana Si Si Representación tridimensional tetraedro

12 Enlace COVALENTE O HOMOPOLAR (características): Los electrones se comparten entre los átomos Las fuerzas son debidas a la compartición de los electrones Estructura del sólido: tipo reticular, con sólo los iones positivos en los nudos y los electrones entre ellos Los cristales resultantes son duros, pero frágiles Conducen poco el calor y la corriente eléctrica

13 Enlace METALICO : Se da en los metales del sistema periódico (grupos I, II y III), caracterizados por tener pocos electrones de valencia El enlace se forma al constituir los electrones de valencia de cada átomo una nube electrónica que actúa como pegamento entre los iones metálicos positivos, situados en los nudos del retículo cristalino Los electrones no están localizados, sino que se mueven con cierta libertad dentro de la nube electrónica.

14 Enlace METALICO (características): Los electrones no se comparten, quedan libres en el gas electrónico Las fuerzas de enlace son debidas al gas electrónico Estructura del sólido: tipo reticular, con los iones positivos en los nudos del retículo y el gas electrónico rodeándolos Son dúctiles y maleables Alta conductividad térmica y eléctrica, ya que los electrones pueden moverse con libertad por la nube

15 Enlace METALICO (cont): Universidad de Piura Facultad de Ingeniería QUÍMICA GENERAL 1

16 Iones positivos : RESUMEN Iones negativos Enlace iónico Átomos con electronegatividad muy diferente Electrones ligados al ión negativo no conducen Iones + y - en nudos de la red cristalina Enlace covalente Átomos con electronegatividad elevada pero ~ Orbitales moleculares con electrones compartidos nada o poco conductores Sólo iones + en nudos de la red cristalina Enlace metálico Átomos electropositivos Electrones formando una nube o gas electrónico muy conductores Sólo iones + en nudos de la red cristalina

17 Sistema Periódico

18 Sistema Periódico 2

19 Sistema Periódico

20

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